什么是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計
〔提要〕什么是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計，就是燒堿(NaOH)生產(chǎn)中，對進入每臺電解槽的精制鹽水，過去慣用玻璃轉(zhuǎn)子流量計測量流量。這種流量計的玻璃錐管材質(zhì)，以往國內(nèi)均用翻硅玻璃制造，而硅離子接觸介質(zhì)將造成離子膜電槽的膜片中毒，從而大大降低離子膜的壽命，國外在這種場合下使用的玻瑞錐管采用聚礬玻瑞材質(zhì)(如美國、原聯(lián)邦德國)這樣可以克服上述弊病。本文敘述國內(nèi)的工程公司和國內(nèi)制造廠合作，成功地境補了國內(nèi)產(chǎn)品系列的這一空白。
該產(chǎn)品已在中國成達化學(xué)工程公司出口印尼的13ot/d燒堿工程(IKPP)上試車成功，現(xiàn)正穩(wěn)定運行中。
1、前言：
氯堿工業(yè)是以氯化鈉(鹽)為主要原料生產(chǎn)基本化工原料燒堿和氯氣的工業(yè)，燒堿廣泛用于輕工、化學(xué)纖維、紙及紙漿、紡織、鋁、肥皂、印染、冶金、化工、食品等工業(yè)。而氯氣也以氯氣、液氯、鹽酸、次氯酸鈉等形式被廣泛用于聚氯乙烯氯溶劑、紙及紙漿、聚氨脂、上下水處理及其他化學(xué)藥器等領(lǐng)域。
氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，也可以說是顯示該國的經(jīng)濟活動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的水平。盡管我國燒堿產(chǎn)量增長速度較快，但尚不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。近幾年來，每年尚需進口20萬噸高純度燒堿主要用于紡織部門。
目前世界燒堿總產(chǎn)量已接近5000萬噸，其中美國居位，原聯(lián)邦德國居第二位，日本第三位，原蘇聯(lián)第四位，我國為第五位。
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測、在今后5~10年中世界范圍內(nèi)氯堿工業(yè)將進入一個持續(xù)增長、緩慢發(fā)展的階段，其燒堿和氯氣的增長率預(yù)測如表1.
表1
根據(jù)市場需求，化工部生產(chǎn)管理部門建議“八五”期間燒堿增長速度年平均5.5%其中前兩年為4%，后三年為6%，八五”期間年產(chǎn)量預(yù)測如表2。
表2
燒堿生產(chǎn)主要有隔膜法、水銀法和離子膜法。作為一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，隔膜法的產(chǎn)量***多，約占50%左右，水銀法由于環(huán)境污染問題已逐步被淘汰(如日本到80年代末已停止生產(chǎn))，離子膜法是70所代開始發(fā)展的先進的生產(chǎn)方法，目前新技術(shù)離子膜法生產(chǎn)燒堿裝置及技術(shù)是國際上已成熟的先進技術(shù)。近幾年來我國分別從日本、美國、英國等引進成套離子膜電解設(shè)備和技術(shù)，對發(fā)展我國氯堿工業(yè)有很大的幫助和提高，也促進我國對離子膜燒堿生產(chǎn)的國產(chǎn)化進程。
與以往傳統(tǒng)的隔膜法電解相比較，離子膜法電解其特點是能耗低(比隔膜法、金屬陽極法燒堿低30%~35%)產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量提高，所產(chǎn)的高純堿是輕紡工業(yè)極需的原料(即離子膜法電解槽出來的堿液即為產(chǎn)品，純度高，不需蒸發(fā)濃度已達商品堿要求(31%)，同時生產(chǎn)出來的氯氣純度也高，含氧比金屬陽極聯(lián)產(chǎn)的氯氣低4倍，占地面積小，投資低(比金屬陽極裝置低10%)，產(chǎn)品成本低、經(jīng)濟效益好。因此國際上發(fā)展極快，1990年此法生產(chǎn)的燒堿占世界燒堿總產(chǎn)量20寫，尤其是新增的生產(chǎn)廠在我國大部分都采用該技術(shù)。
2、耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計研制課題的提出：
離子膜電解槽出口的堿液要求進行現(xiàn)場流量指示，由于玻璃轉(zhuǎn)子流量計，直觀可靠，體積小，安裝、使用、維修方便，價格便宜，國內(nèi)外均采用該類流量計。眾所周知，氯堿生產(chǎn)介質(zhì)的腐蝕性是相當(dāng)嚴重的，盡管國內(nèi)已有采用1Cr18Ni9"fi及四氟乙烯一六氟丙烯共聚物(FEP)即氟46耐腐型玻璃轉(zhuǎn)子流量計，但實踐證明仍不能解決氯堿裝置上的耐腐蝕問題。
近年來，我國從國外引進的一批隔膜法和離子膜法燒堿裝置中，已有新型耐腐玻璃轉(zhuǎn)子流量計，較好地解決了強腐蝕性問題，國內(nèi)300多家大小氯堿廠，均希望國內(nèi)也能提供達到國際水平的耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計?；げ康诎嗽O(shè)計院為解決耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計國內(nèi)配套問題，選擇了國內(nèi)生產(chǎn)玻璃轉(zhuǎn)子流量計歷史***長、批量***大、近年從原聯(lián)邦德國克隆尼公司引進了世界玻璃轉(zhuǎn)子流量計專有技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的常州熱工儀表總廠協(xié)商聯(lián)合開發(fā)研制，經(jīng)雙方研究，同意合作開發(fā)耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計。在雙方的支持下，確定了這一研制課題，經(jīng)過半年多的努力，終于在1993年5月份成功地完成了研制任務(wù)，批新型耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計及配套的鹽水玻璃轉(zhuǎn)子流量計已提供中國成達化學(xué)工程公司(即化工部第八設(shè)計院)在成套出口印尼的離子膜燒堿工程上使用。
3、氯堿裝置用玻璃轉(zhuǎn)子流量計技術(shù)要求：
經(jīng)雙方協(xié)商確定氯堿裝置用玻璃轉(zhuǎn)子流量計技術(shù)要求如下。
4、研制概況：
玻璃轉(zhuǎn)子流量計的基本元件是一根由下向上擴大的垂直錐管(通常采用硼硅酸鹽玻璃成型)和一只隨著流體流量變化而可以沿著錐管軸向自由浮動的浮子(通常用1Cr18Ni9Ti不銹鋼或鋼質(zhì)包塑)。常州熱工儀表總廠結(jié)合國內(nèi)玻璃轉(zhuǎn)子流量計幾十年設(shè)計經(jīng)驗及引進原聯(lián)邦德國克隆尼公司專有技術(shù)設(shè)計了該型玻璃轉(zhuǎn)子流量計。研制耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計的關(guān)鍵是選擇新型的耐腐材料及采用與新型材料相適應(yīng)的加工工藝。
下面分別簡述錐管與浮子的研制。
①錐管的研制
燒堿裝置中的鹽液玻璃轉(zhuǎn)子流量計，因硼硅酸鹽玻璃有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，對鹽液具有較好的防腐性能，故鹽液玻璃轉(zhuǎn)子流量計仍采用硼硅酸鹽玻璃成型錐管。但因硼硅酸鹽玻璃對31 0 o wtNaOH堿液的耐腐性較差，必須選擇新型的耐腐蝕材料，這種材料除了在耐腐性方面要大大優(yōu)于硼硅酸鹽玻璃外，仍應(yīng)保持硼硅酸鹽玻璃透明可見，熱穩(wěn)定性及一定的抗壓強度。經(jīng)反復(fù)比較及國產(chǎn)新材料的調(diào)研，***后確定采用聚諷塑料。
聚礬(PSF)塑料是一種新型的熱塑性材料，具有較高的熱性能和高溫下的機械強度及化學(xué)穩(wěn)定性。國產(chǎn)S-100本色聚諷的主要性能指標(biāo)見表3。
表3國產(chǎn)s-100本色聚硯的主要性能指標(biāo)
國產(chǎn)S-100聚諷塑料耐化學(xué)腐蝕性見表4.
表4國產(chǎn)s-100聚硯塑料耐化學(xué)腐蝕性
備注:
優(yōu)—抗張強度變化率在10%以內(nèi)，外觀無變化;
好—抗張強度變化率在20%以內(nèi)，外觀無變化;
良—抗張強度變化率在30%以內(nèi)，外觀微變化;
可—抗張強度變化率在30%以內(nèi)外觀開裂;
耐化學(xué)腐蝕性試驗條件
溫度:常溫;
試驗樣品:2mm X 9mmm X 45mm。
浸演時間:30天。
綜上所述，聚諷塑料應(yīng)該是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計錐管的理想材料，但聚礬塑料因加工時流動性差，加工比較困難，而錐管又要求透明可見、光潔度高，因此采用聚礬塑料成型錐管在工藝上確有難度，常州熱工儀表總廠在有關(guān)廠、所的大力支持下反復(fù)試驗，終于在日本引進的電腦溫控的注塑機上成型成功。
②浮子的研制
國產(chǎn)LZB,LZJ系列普通型玻璃轉(zhuǎn)子流量計浮子采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼或瑪瑙加工而成。近年來，常州熱工儀表總廠開發(fā)了LZB, LZJF系列耐腐玻璃轉(zhuǎn)子流量計，開始采用鋼質(zhì)浮子包封四氟乙烯一六氟丙烯共聚物(FEP)俗稱 F46)大大提高了玻璃轉(zhuǎn)子流量計的耐腐蝕性能，但在耐腐蝕性能方面仍不能滿足各種強腐蝕介質(zhì)的防腐要求，為了解決耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計浮子耐腐問題，常州熱工儀表總廠又借鑒了國外先進技術(shù)，對國內(nèi)有關(guān)廠所研制的新型材料作了全面比較，***后選定采用Hastelloyc鎳基合金。
Hastelloy。鎳基合金是以鑰鎢等元素強
表6 3YC24固溶態(tài)鎳基合金物理性能 表7 3yc24固溶態(tài)裸基合金的耐腐性能
化的固溶形鎳基合金，具有較好的抗氧化和抗腐蝕性能，允許使用溫度***高可達1180"C，在980℃以下還具有良好的強度，合金對強氧化劑如氯化鐵氯化銅的抗腐蝕能力很強，是抗潮濕氯氣，亞氯酸鹽腐蝕的合金之一，固溶狀態(tài)下抗腐性能***好，合金的抗氧化和抗還原氣氛的***高溫度可達1150`C，常州熱工儀表總廠選用國產(chǎn)3YC24固溶態(tài)鎳基合金分別制作鹽液和堿液玻璃轉(zhuǎn)子流量計，該合金的主要性能分別見表5,6,70
在解決了錐管和浮子耐腐蝕材料的選擇及加工問題后，常州熱工儀表總廠又在其他結(jié)構(gòu)件方面采取了一定的防腐措施，供燒堿裝置配套的鹽酸和堿液玻璃轉(zhuǎn)子流量計終于研制成功。隨后，在常州熱工儀表總廠作了如下性能考核試驗。
5、試驗考核：
①聚礬錐管熱穩(wěn)定性試驗 將錐管試樣用標(biāo)準(zhǔn)浮子先在常溫下選擇1000L/h,4000L/h,6000L/h三個流量進行標(biāo)定并記錄下浮子裝置，然后依次加熱至100,120,150,180℃保溫2. 5小時后重復(fù)標(biāo)定，再次記錄下浮子位置，觀察浮子位置的變化，檢測結(jié)果見表8a
因流量計度為。.500，檢測浮子位置變化小于1. 6mm，即誤差不大于0. 02mm,以上結(jié)果表明在150℃以下，流量計度均在誤差范圍內(nèi)，因此聚礬錐管流量計在150℃以下是完全穩(wěn)定的。
表8
②壓力試驗:聚礬錐管試樣選擇在進行充氣加壓試驗后，結(jié)果表明:加壓至1. 6MPa，錐管無變形和破裂現(xiàn)象加壓至2MPa時發(fā)現(xiàn)密封件泄漏無法檢驗，就這樣的耐壓強度已大大超過硼硅酸鹽錐管0. 9MPa的指標(biāo)。
③度檢測:在對72臺堿液流量計進行水流量標(biāo)定后，檢查標(biāo)定刻度位置表明全部刻度的不一致差值小于1. 5mm，計算收縮率波動能控制在0. 03mm以內(nèi)，對單標(biāo)的流量計完全符合度要求。
經(jīng)試驗考核，采用聚楓錐管的堿液流量計與采用硼硅酸鹽錐管的鹽水流量計完全符合設(shè)計要求。
6、結(jié)論：
由常州熱工儀表總廠根據(jù)化工部八院提出要求的燒堿裝置用耐腐鹽水流量計與堿液流量計已經(jīng)試制成功，即將全部投入印尼工程運行。采用聚礬塑料制成的錐管及3YC24固溶態(tài)鎳基合金制成的浮子不僅能測量各種液體和氣體介質(zhì)，完全能滿足燒堿裝置強腐蝕介質(zhì)流量測量的要求，而且也適用于對硼硅鹽錐管具有腐蝕作用的其他介質(zhì)，為我國的耐腐流量計的發(fā)展提供了新的途徑，由于本課題研制時間太短，今后廠、院將繼續(xù)合作，進一步試驗考核并將與材料研制廠、所為提高聚礬塑料透明度及其他性能共同努力，為實現(xiàn)耐腐流量儀表的全面國產(chǎn)化作出新的貢獻。